ВИБРАТОРНАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2002 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике.

Известны антенные решетки (аналог), построенные на основе однопроводной линии передачи (ОЛП) в виде линии Губо [1,2]. Линия Губо представляет собой провод в виде проводника, покрытого тонким слоем диэлектрика, на концах провода расположены устройства возбуждения поверхностной волны [3]. Одна отличительная особенность таких решеток состоит в том, что излучающие элементы антенной решетки помещены непосредственно в электромагнитное поле ОЛП, которое сконцентрировано вокруг провода. Таким образом, каждый излучающий элемент антенной решетки возбуждается непосредственно полем ОЛП и не имеет специальной системы питания. Поэтому потери энергии на возбуждение элемента антенной решетки минимальны.

Вторая отличительная особенность указанных антенных решеток на основе ОЛП заключается в том, что элементы антенных решеток расположены в электромагнитном поле перпендикулярно или наклонно проводу ОЛП. В этом случае происходит возбуждение каждого элемента антенной решетки за счет действия радиальной составляющей вектора электрической напряженности в структуре электромагнитного поля ОЛП. Под действием радиальной составляющей поля ОЛП в элементе антенной решетки наводится ток и происходит переизлучение этим элементом энергии электромагнитного поля ОЛП.

Недостатком аналога является необходимость размещения вибраторов в пространстве около провода ОЛП по трем пространственным координатам, что существенно усложняет конструкцию антенной решетки.

Прототипом предлагаемого изобретения является вибраторная решетка [4], содержащая однопроводную линию передачи и вибраторы, возбуждаемые электромагнитным полем, которые расположены по обе стороны провода симметрично и под определенным углом к нему и по отношению друг к другу в зависимости от требуемой поляризации. В частности, для получения линейной поляризации переизлучаемого поля, когда вектор напряженности электрического поля параллелен проводу, вибраторы располагают наклонно и симметрично относительно провода ОЛП.

К недостаткам прототипа относятся необходимость установки пары симметричных по отношению к проводу вибраторов для формирования линейной поляризации, когда вектор напряженности электрического поля параллелен проводу, соблюдение при этом достаточной точности для недопущения образования паразитной поляризации.

Определенную сложность представляет попытка сужения диаграммы направленности вибраторной решетки в плоскости, перпендикулярной проводу, т.к. требуется установка вибраторной решетки в фокусе параболического зеркала либо в фазовом центре рупора. В обоих случаях это представляется возможным с определенной долей приближения из-за конечных размеров проекции вибраторной решетки на плоскость, перпендикулярную проводу.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная задача решена за счет того, что в вибраторной решетке, содержащей однопроводную линию передачи и вибраторы, последние установлены коллинеарно проводу. В этом случае вибраторная решетка обладает всенаправленной характеристикой.

Схема всенаправленной вибраторной решетки, состоящей из N вибраторов, представлена на фиг.1.

Вибраторная решетка (фиг.1) состоит из провода ОЛП 1, узла возбуждения 2, согласованной нагрузки 3 и совокупности коллинеарных, в частности соосных, вибраторов 4.

Вибраторная решетка всенаправленная, представленная на фиг.1, работает следующим образом. При возбуждении ОЛП устанавливается соответствующая поверхностной волне структура электромагнитного поля, содержащая как радиальную, так и продольную составляющие электрического поля. Вдоль линий напряженности продольной составляющей электрического поля на проводе установлены вибраторы, в которых наводится соответствующий электрический ток и происходит переизлучение энергии поля ОЛП. Находящиеся на проводе вибраторы для установления связи с ОЛП выполнены в виде цилиндров, надетых на провод. В них наводится ток в результате действия продольной составляющей напряженности электрического поля. Радиальная составляющая напряженности электрического поля не наводит в рассматриваемых вибраторах электрического тока, т.к. угол между осями вибратора и радиальной составляющей электрического поля составляет 90^o.

Проведенные модельные эксперименты подтверждают возможность построения вибраторных решеток на основе возбуждения вибраторов продольной составляющей напряженности электрического поля ОЛП. Экспериментальные исследования по изучению вибраторов, возбуждаемых полем ОЛП, проведены на частоте 9,70 ГГц. Экспериментально исследован отдельный излучающий элемент вибраторной решетки продольного излучения (фиг.2). Для обеспечения максимальной связи с проводом активный вибратор выполнен в виде полого цилиндра, что позволило надеть его на провод ОЛП. Пассивных вибраторов было 9, в качестве рефлектора взято 3 параллельно расположенных относительно провода вибратора длиной 0,525 λ. Разница между уровнем прямого излучения поля ОЛП и обратным составила 20 дБ. Кроме того, измерена ДН элемента вибраторной решетки продольного излучения, которая приведена на фиг.3. Ширина диаграммы направленности по уровню излучения половинной мощности составила 30^o.

Таким образом, система вибраторов, расположенных параллельно проводу, позволяет манипулировать переизлученным полем ОЛП, не искажая поверхностную волну, а лишь отбирая часть энергии на переизлучение. Это обстоятельство позволяет проектировать различного рода вибраторные решетки, основными составляющими элементами которых являются вибраторы, возбуждаемые продольной составляющей электромагнитного поля ОЛП.

Литература
1. Кисмерешкин В.П., Лобова Г.Н. Об использовании открытых линий передачи в антенной технике // Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи. Сборник трудов 3-й Международной научно-технической конференции. Воронеж. 1997. Т.2. С.290-300.

2. Патент 2099827 6 Н 01 О 1/28 / Кисмерешкин В.П., Лобова Г.Н. Всенаправленная высотная антенна.

3. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. - М.: Сов. Радио, 1964.

4. Патент 2118874 6 Н 01 О 21/00 / Кисмерешкин В.П., Лобова Г.Н. Вибраторная решетка.

5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975.

Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является возбуждение проводом однопроводной линии передачи (ОЛП) однолинейной вибраторной решетки, позволяющей оптимально сужать диаграмму направленности за счет ее установки в фокусе рупорного или параболического рефлектора. Заявленное изобретение заключается в том, что в вибраторной решетке, содержащей ОЛП и вибраторы, последние установлены соосно с проводом. При этом в зависимости от коэффициентов связи вибраторов с линией поверхностной волны может быть получено требуемое распределение поля вдоль решетки, обеспечивающее необходимую характеристику направленности в плоскостях, через которые проходит провод ОЛП. 3 ил.

Вибраторная решетка, содержащая однопроводную линию передачи поверхностной волны и вибраторы, отличающаяся тем, что вибраторную решетку образуют размещением вибраторов коллинеарно проводу однопроводной линии передачи поверхностной волны.